(57)【要約】【課題】省スペース化及び低コスト化を図ることができ、操作性を改善することが可能となるイオン源またはイオン化室とガス導入系間を絶縁する絶縁配管、該絶縁配管を用いたプラズマ処理方法及び装置を提供する。【解決手段】イオン化室１０４と、前記イオン化室に原料ガスを導入するガス導入系１０９、１１０との間を絶縁する絶縁配管１１７を有するプラズマ処理装置であって、  前記絶縁配管は、大気圧下で放電が起こらない間隔で配置された金属フランジ１１９、１２０間に絶縁碍子１１８を配置し、  前記金属フランジ及び絶縁碍子によって形成された空間内に、前記金属フランジと導通された複数の開口部を有する多孔導電板を、前記絶縁配管内の圧力下で放電が起こらない間隔で、前記絶縁碍子間に複数枚重ねて配設した構成とする。【選択図】            図１
2007324095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化室と、前記イオン化室に原料ガスを導入するガス導入系との間を絶縁する絶縁配管を有するプラズマ処理装置であって、
前記絶縁配管は、大気圧下で放電が起こらない間隔で配置された金属フランジ間に絶縁碍子を配置し、
前記金属フランジ及び絶縁碍子によって形成された空間内に、前記金属フランジと導通された複数の開口部を有する多孔導電板を、前記絶縁配管内の圧力下で放電が起こらない間隔で、前記絶縁碍子間に複数枚重ねて配設したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記絶縁碍子の内面に階段状の加工が施され、それぞれの段に前記複数の開口部を有する導電板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記複数の開口部を有する導電板は、隣り合う導電板の開口部の位置が合致しないように配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記絶縁配管を複数備え、これらの絶縁配管が隣り合う絶縁配管における内部流路が直線にならないように、曲がった配管で接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記絶縁配管を複数備え、これらの絶縁配管が隣り合う絶縁配管における内部流路が直線にならないように、隣り合う絶縁配管の間に開口部を有する導電板を具備し、
前記隣り合う導電板の開口部の位置が合致しないように配設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
イオン化室と、接地電位にあるガス導入系を備え、前記イオン化室に前記ガス導入系から原料ガスを導入するプラズマ処理方法において、
大気圧下で放電が起こらない間隔で配置された金属フランジ間に絶縁碍子を配置し、
前記金属フランジ及び絶縁碍子によって形成された空間内に、前記金属フランジと導通された複数の開口部を有する多孔導電板を、前記絶縁配管内の圧力下で放電が起こらない間隔で、前記絶縁碍子間に複数枚重ねて配設した絶縁配管を通して、
前記イオン化室に前記原料ガスを導入することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン化室とガス導入系間を絶縁する絶縁配管を用いたプラズマ処理方法及び装置に関する。
特に、イオン照射装置、イオン注入装置、イオンミリング装置、イオンビーム加工装置等のガス導入部に高電圧が印加されるプラズマ処理装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原料ガスをプラズマ化し、これに高電圧を印加して加速し、イオンビームとして試料に照射する装置として、イオンビーム注入装置、イオンミリング装置、イオンビーム加工装置などがあるが、ここではそれらを一括してプラズマ処理装置と呼ぶことにする。
プラズマ処理装置においては、イオン化方法、ガス種、ガス圧などの様式は様々である。
また、イオン化方法には、高周波によるもの、マイクロ波によるもの、フィラメントによるもの、電子銃によるものなどがあるが、いずれにしてもイオン源の部分には高電圧が印加される。
従って、原料ガスは高電圧のイオン化室に接続されなければならない。
【０００３】
従来、イオン化室のガス圧力が１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度となるようなプラズマ処理装置において、ガスボンベから高電圧にあるイオン源にガスを供給する場合、つぎの二つの形態が知られている。
すなわち、その一つはガスボンベを高電位に設けるガスボンベ高電位方式であり（例えば、特許文献１参照）、他の一つはガスボンベを接地電位に設けるガスボンベ接地電位方式である（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
以下に、これらの各方式について説明する。
（１）ガスボンベ高電位方式
この方式においては、ガスボンベをイオン化室と同電位に設置する。こうすることで、イオン化室とガスボンベとの間を絶縁する必要が無くなる。
つぎに、図２を用いてガスボンベ高電位方式の一例として、イオン源にＥＣＲプラズマ装置を用いたプラズマ処理装置について説明する。
図２において、コイル２０１に電流を流し磁場を発生させながら、導波管２０２を通してマイクロ波を真空窓２０３に入射すると、イオン化室２０４の中にプラズマ２０５が発生する。
このときイオン化室２０４及び処理チャンバー２０６は排気装置２０７により真空に引かれている。
同時にガスボンベ２０８からガス流量制御器２０９を介して任意の流量に調整された原料ガスが金属配管２１０を通ってイオン化室２０４に導入される。
その時イオン化室２０４内圧力は０．０５〜０．５Ｐａ程度である。
また、イオンを加速して試料２１１に照射するために、処理チャンバー２０６を接地電位にし、イオン化室２０４を加速電源２１２により１ＫＶ以上の高電位にする。
イオン化室２０４と処理チャンバー２０６の間には絶縁碍子２１３により互いに絶縁されている。
同様に互いに絶縁されているグリッド導電板２１４、２１５および２１６に任意の電位を与えることにより、プラズマ２０５からイオン２１７が引き出され、加速されて試料２１１に照射される。
金属配管２１０、ガスボンベ２０８、ガス流量制御器２０９等のガス導入系は全てイオン化室と同じく高電位になるので、全体を高電圧架台２１８に載せて接地電位から絶縁する。
【０００５】
（２）ガスボンベ接地電位方式
この方式においては、ガスボンベを接地電位として、ガスボンベと１ＫＶ以上の高電位のイオン化室との間に絶縁配管を設けて絶縁する。
つぎに、図３を用いてガスボンベを接地電位方式の一例として、イオン源にＥＣＲプラズマ装置を用いたプラズマ処理装置について説明する。
図３において、コイル３０１に電流を流し磁場を発生させながら、導波管３０２を通してマイクロ波を真空窓３０３に入射すると、イオン化室３０４の内部にプラズマ３０５が発生する。
このときイオン化室３０４及び処理チャンバー３０６は排気装置３０７により真空に引かれている。
同時にガスボンベ３０８からガス流量制御器３０９を介して任意の流量に調整された原料ガスが金属配管３１０を通ってイオン化室に導入される。
その時イオン化室３０４の圧力は０．０５〜０．５Ｐａ程度である。
また、イオンを加速し試料３１１に照射するために、処理チャンバー３０６を接地電位にし、イオン化室３０４を加速電源３１２により高電位にする。
イオン化室３０４と処理チャンバー３０６の間には絶縁碍子３１３により互いに絶縁されている。
同様に互いに絶縁されているグリッド導電板３１４、３１５および３１６に任意の電位を与えることにより、プラズマ３０５からイオン３１７が引き出され、加速されて試料３１１に照射される。
このとき、ガスボンベ３０８は接地電位にあるので、ガスボンベ３０８とガス流量制御器３０９との間を絶縁配管３１８により絶縁し、ガス流量制御器３０９、および金属配管３１０は、イオン化室と同じ電圧になる高電圧架台３１９に載せる。
さらに、絶縁配管３１８内部のガス圧力は放電を防止するために、１０3Ｐａ〜１０5Ｐａ程度に調整されている。
【特許文献１】特開平１０−７９２３１号公報
【特許文献２】特開平１０−２７５６９５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来例のガスボンベ高電位方式及びガスボンベ接地電位方式には、それぞれつぎのような課題を有している。
まず、ガスボンベ高電位方式においては、ガスボンベを含めたガス導入系全体を高電位に設置するために、広い高電圧架台のスペースが必要となる。
また、バルブや流量制御器と制御装置との通信や制御に電線を使うことが出来ず、光ファイバー等の高価な通信手段が必要となる。
その他にも、作業の安全を確保するための煩雑なインターロック等を設けなければならない。
これらの結果、装置が非常に大掛りで複雑なものになり高価格となる。さらに、高電圧架台に載せたガスボンベが空になってしまうと、一時装置を停止し、高圧電源を切ってからガスボンベの交換をしなければならないので、スループットの低下にも繋がってしまうこととなる。
【０００７】
つぎに、ガスボンベ接地電位方式においては、バルブ類やガス流量制御器等が高電位になるので、やはりある程度広い高電圧架台が必要となる。
特に、数種類の原料ガスを任意の割合で混合して使用する場合、原料ガス種の数だけ絶縁碍子が必要となる。
また、ガスボンベ高電位方式の場合と同様に、バルブや流量制御器と制御装置との通信や制御に電線を使うことが出来ず、光ファイバー等の高価な通信手段が必要となる。
その他にも、作業の安全を確保するための煩雑なインターロック等を設けなければならないので、装置が非常に大掛りで複雑なものになり高価格となる。
さらに、絶縁配管としてプラスチック等を用いると、ガス透過率が大きく不純物を混入し高精度なプロセスに適さない。
また、セラミック等を用いると更に高価となるだけでなく、放電防止のために絶縁配管内部の圧力を比較的高くしなければならないことから、セラミックの機械的強度が弱いため、安全性に支障を及ぼすこととなる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、省スペース化及び低コスト化を図ることができ、操作性を改善することが可能となるイオン化室とガス導入系間を絶縁する絶縁配管を用いたプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するため、次のように構成したイオン化室とガス導入系間を絶縁する絶縁配管を用いたプラズマ処理装置及び方法を提供するものである。
本発明のプラズマ処理装置は、イオン化室と、前記イオン化室に原料ガスを導入するガス導入系との間を絶縁する絶縁配管を有するプラズマ処理装置であって、
前記絶縁配管は、大気圧下で放電が起こらない間隔で配置された金属フランジ間に絶縁碍子を配置し、
前記金属フランジ及び絶縁碍子によって形成された空間内に、前記金属フランジと導通された複数の開口部を有する多孔導電板を、前記絶縁配管内の圧力下で放電が起こらない間隔で、前記絶縁碍子間に複数枚重ねて配設したことを特徴とする。
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記絶縁碍子の内面に階段状の加工が施され、それぞれの段に前記複数の開口部を有する導電板が設けられていることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記複数の開口部を有する導電板は、隣り合う導電板の開口部の位置が合致しないように配設されていることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記絶縁配管を複数備え、これらの絶縁配管が隣り合う絶縁配管における内部流路が直線にならないように、曲がった配管で接続されていることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記絶縁配管を複数備え、これらの絶縁配管が隣り合う絶縁配管における内部流路が直線にならないように、隣り合う絶縁配管の間に開口部を有する導電板を具備し、
前記隣り合う導電板の開口部の位置が合致しないように配設されていることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ処理方法は、イオン化室と、接地電位にあるガス導入系を備え、前記イオン化室に前記ガス導入系から原料ガスを導入するプラズマ処理方法において、
大気圧下で放電が起こらない間隔で配置された金属フランジ間に絶縁碍子を配置し、
前記金属フランジ及び絶縁碍子によって形成された空間内に、前記金属フランジと導通された複数の開口部を有する多孔導電板を、前記絶縁配管内の圧力下で放電が起こらない間隔で、前記絶縁碍子間に複数枚重ねて配設した絶縁配管を通して、
前記イオン化室に前記原料ガスを導入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、省スペース化及び低コスト化を図ることができ、操作性を改善することが可能となるイオン化室とガス導入系間を絶縁する絶縁配管を用いたプラズマ処理装置及び方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上記構成により、本発明の課題を達成することができるが、それは本発明者らのつぎのような知見に基づくものである。
一般に、あるガス雰囲気の中に平行平板電極を設け、それらの間に電圧を印加した際に、放電を開始する電圧とガス圧力および電極間距離との関係は、パッシェンの法則により良い近似が与えられることが知られている。
パッシェンの法則によれば、電極間距離をＤ、ガス圧力をＰ、放電開始電圧をＶｓとすると、ＶｓはＰとＤとの積Ｐ・Ｄの関数として定められる。
この関数の概観図を図４に示す。図４のように、Ｐ・Ｄに対するＶsの曲線はＶ字状であり、Ｖｓが最小値ＶsmとなるＰ・Ｄm、が存在し、このＶsmは最小火花電圧と呼ばれている。
大気圧下のように圧力が十分に高い領域では、電極間距離Ｄを広げ、Ｐ・Ｄを大きくすることで比較的容易に放電を防ぐことが出来る。
しかし、一般的に放電を起こしやすいといわれているガス圧力１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ  の領域では、大気圧下での放電防止を目的で設計された絶縁配管を用いると、Ｐ・ＤがこのＰ・Ｄmと近い値になるために低い電圧で容易に放電が起こってしまう。
また、このような放電の起こりやすい圧力下で絶縁碍子を長くし、Ｐ・Ｄをより大きくすることで放電を防止しようとすると、必要な絶縁碍子の長さは非常に大きくなってしまい、コストおよび装置スペースの面でも不利になってしまうこととなる。
【００１２】
このような課題を解決するため、本発明は電極間距離Ｄを狭め、Ｐ・ＤをＰ・Ｄmよりも十分小さくしても、放電を防ぐことが可能となる絶縁配管を構成したものである。
すなわち、絶縁配管における電極として、複数の開口部を有する導電板もしくはメッシュ導電板（以下、多孔導電板とする）を用い、これにより省スペース化及び低コスト化を図り、操作性を改善することを可能とした。
本実施の形態では、このような多孔導電板を用いた絶縁配管を、プラズマ処理装置における、例えば１ｋＶ以上の高い電位にあるイオン化室に原料ガスを導入するに際し、つぎのようなプラズマ処理装置の絶縁配管として用いることができる。
例えば、ガスボンベおよびガス流量制御器を接地電位に設け、ガス流量制御器とイオン化室とを繋ぐ配管の一部を構成する絶縁配管として用いることができる。
【００１３】
以下に、本発明のプラズマ処理装置の実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
本実施の形態では、小さい開口部を有する多孔導電板を用いた、プラズマ処理装置の絶縁配管の構成例について説明する。
図５（ａ）に従来の絶縁配管内の電界について説明する図を、また、図５（ｂ）に本実施の形態における多孔導電板を用いた絶縁配管内の電界について説明する図を示す。
【００１４】
図５（ａ）に示されるように、一般的な絶縁碍子に用いられているような円筒状の金属フランジ５０１が電極となると、その電極が作る電界は５０２のようになり、その電界中を電子が飛行できる行程が金属フランジ間距離Ｄに比べて長くなってしまう。
これに対し、本実施の形態では、図５（ｂ）に示されるように、十分小さい開口部を有する多孔導電板５０３を用いることで、それらが作る電界５０４がより平行平板に近い電界となる。
このような多孔導電板を用いた場合、多孔導電板により配管のコンダクタンスが低下し、絶縁配管内のガス圧力が上昇してしまうと放電が起き易くなってしまうので、開口部全体の面積をなるべく大きくするために、開口部の数はなるべく多くするのが好ましい。
【００１５】
図６に、以上に基づいて設計された本実施の形態におけるプラズマ処理装置の絶縁配管の具体的構成を示す。
図６において、絶縁碍子６０１は金属フランジ６０２、６０３により挟まれて配置され、前記金属フランジ６０２、６０３及び絶縁碍子６０１によって空間を形成している。
また、多孔導電板６０４はそれぞれ金属フランジ６０２、６０３と導通されている。
絶縁碍子６０１の長さは大気圧下で放電が起こらないように十分に長くなっており、逆に多孔導電板間距離は絶縁配管内の圧力下で放電が起こらないように十分小さくなっている。
【００１６】
次に、この絶縁配管を用いて行った耐電圧試験の結果を図７に示す。
図７は、多孔導電板間距離を０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、５０ｍｍとした時の絶縁碍子内の圧力と放電開始電圧の関係をプロットしたものである。
この試験に用いた多孔導電板は、孔径φ０．５ｍｍ、ピッチ１ｍｍの複数開口部を有するφ２００ｍｍの多孔導電板であり、絶縁碍子は円筒状のアルミナで、長さは１５０ｍｍである。なお、絶縁配管内に導入したガスはアルゴンガスである。
図７より、本試験においては多孔導電板間距離が１ｍｍのときにこの絶縁配管は最も高い耐電圧を有することが分かる。
【００１７】
［第２の実施の形態］
本実施の形態では、さらに高い耐電圧を得ることが可能となる絶縁配管の構成例について説明する。
図８に、本実施の形態における絶縁配管の構成を示す。
図８は図６に示した絶縁配管を、開口部を有する導電板８０１を、隣り合う導電板の開口部を合致させず、隙間をあけて複数枚重ねることにより、隣り合う絶縁配管８０２、８０３、８０４の内部流路が直線にならないように複数段接続したものである。
【００１８】
この多段の絶縁配管を用いて行った耐電圧試験の結果を図９に示す。
図９は絶縁配管の段数を１段、２段、３段としたときの、絶縁碍子内の圧力と放電開始電圧の関係をプロットしたものである。
この試験に用いた多孔導電板は、孔径φ０．５ｍｍ、ピッチ１ｍｍの複数開口部を有するφ２００ｍｍの多孔導電板であり、絶縁碍子は円筒状のアルミナで、長さは１００ｍｍである。
多孔導電板間の距離は全て１ｍｍとしている。また本試験においては、隣り合う絶縁配管の内部流路が直線にならないように、半月状の開口部を有する厚さ１ｍｍの金属板を３枚用いている。なお、絶縁配管内に導入したガスはアルゴンガスである。
図９から、このように絶縁配管を多段とすると耐電圧は絶縁配管の段数に比例することが分かる。
本試験においては、隣り合う絶縁配管の内部流路が直線にならないように複数枚の金属板を用いたが、このような構成に限定されるものではない。
例えば、これ以外にも図１０に示すように、エルボやフレキシブル配管等の曲がった金属配管１００１を用いて隣り合う絶縁配管１００２、１００３の内部流路が直線にならないようにする構成によっても、同様の効果を奏する。
【００１９】
［第３の実施の形態］
本実施の形態では、高い耐電圧を得ることが可能となる別の形態の絶縁フランジを構成した例について説明する。
図１１に、本実施の形態における絶縁フランジの構成を示す。
本実施の形態では、絶縁碍子１１０１は金属フランジ１１０２・１１０３により挟まれている。
絶縁碍子の内面には階段状の加工が施されており、それぞれの段に複数の多孔導電板１１０４が設けられている。
また、両端の多孔導電板は金属フランジ１１０２、１１０３と導通されている。
【００２０】
これら多孔導電板１１０４の孔の位置関係について図１２を用いて説明する。
図１２（ａ）のように隣り合う多孔導電板１２０１、１２０２、１２０３、１２０４の孔の位置が合致していると、局所的に導電板間の距離が長くなってしまい放電が起き易くなってしまう。
そこで、図１２（ｂ）のように隣り合う多孔導電板１２０５、１２０６、１２０７、１２０８の開口位置を十分ずらすことにより、局所的な導電板間の距離が最長でも多孔導電板の導電板間距離のほぼ２倍とすることができる。
また、この場合は導電板の穴の径は大きくてもよく、穴の径が十分大きければコンダクタンスが損なわれにくいので穴の数が少なくてもよい。
さらに、多孔導電板の枚数を増やすことにより、図８および図１０の場合と同様に、耐電圧を導電板の枚数に比例して高めることができる。
ここで、絶縁碍子の抵抗値があまり高すぎると、多孔導電板が帯電してしまい、結果的に絶縁配管の耐電圧が下がってしまう。
そこで、絶縁碍子に抵抗値の高すぎない材料を用いる、多孔導電板間に低抵抗材料のスペーサーを挟む、あるいは絶縁碍子の内面に帯電防止膜をコーティングする等の工夫が必要である。
【００２１】
この絶縁フランジを用いて行った耐電圧試験の結果を図１３に示す。
図１３は多孔導電板の枚数を３枚、５枚、１０枚としたときの、絶縁碍子内の圧力と放電開始電圧の関係をプロットしたものである。
この試験に用いた多孔導電板は、孔径φ１．０ｍｍ、ピッチ３．０ｍｍの複数開口部を有するφ２００ｍｍの導電板であり、多孔導電板間距離は全て０．５ｍｍとしている。
また、隣り合う多孔導電板の開口部は全て２．５ｍｍずつずれるように設計されている。
なお、絶縁碍子には多孔導電板の帯電を防止する目的で、体積抵抗率が１０9Ω・ｃｍ程度に調整されたアルミナを用いており、長さは１００ｍｍである。絶縁配管内に導入したガスはアルゴンガスである。
図１３から、耐電圧は多孔導電板の枚数が増えるに従って高くなっていることが分かる。
また、このような多孔導電板を複数枚備える絶縁配管を、図８や図１０のように多段にすることにより、さらに耐電圧を高めることが可能である。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、絶縁配管として第１の実施の形態を適用して構成したイオンミリング装置について説明する。
図１に、本実施例のイオンミリング装置の構成を説明する図を示す。
図１（ａ）はイオン源にＥＣＲプラズマ方式を用いたイオンミリング装置の概略を示す図であり、図１（ｂ）は本実施例に用いられる絶縁配管の概略を示す図である。
【００２３】
図１（ａ）において、コイル１０１に電流を流し磁場を発生させながら、導波管１０２を通して２．４５ＧＨｚマイクロ波を真空窓１０３に入射すると、イオン化室１０４の中にプラズマ１０５が発生する。
このとき、イオン化室１０４及び処理チャンバー１０６は排気装置１０７により真空に引かれている。同時に、ガスボンベ１０８からガス流量制御器１０９を介して任意の流量に調整された原料ガスが、金属配管１１０を通ってイオン化室１０４に導入される。
使用する原料ガスはＡｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ2の４種である。作動時のイオン化室１０４内圧力は約０．１２〜０．４３Ｐａである。
【００２４】
また、接地電位にある試料１１１とイオン化室１０４の間には、加速電源１１２により０．５ｋＶ〜１５ｋＶの高電圧が印加される。
イオン化室１０４と処理チャンバー１０６の間は絶縁碍子１１３により互いに絶縁されている。
同様に、互いに絶縁されているグリッド導電板１１４、１１５、１１６に任意の電位を与えることにより、プラズマからイオンが引き出され、加速されて試料１１１に照射される。
ガスボンベ１０８、ガス流量制御器１０９およびバルブ１２２等のガス導入系は接地電位にあり、バルブ１２２より下流の絶縁配管１１７によりイオン化室と絶縁されている。
【００２５】
図１（ｂ）に示されるように、絶縁配管１１７を構成する絶縁碍子１１８は円筒状のアルミナで、大きさは外径φ１２０ｍｍ、φ内径１００ｍｍ、長さ５０ｍｍである。
金属フランジ１１９、１２０と導通されている２枚の多孔導電板１２１は、孔径φ０．２ｍｍ、ピッチ０．４ｍｍの複数開口部を有する外径φ９９ｍｍのステンレス板であり、多孔導電板間距離は１ｍｍとされている。
また、多孔導電板１２１には電子の電界放出が起こらぬよう、表面に電界研磨処理が施されている。
この装置を用いて、実際の使用状態において０．５ｋＶ〜１５ｋＶの範囲で耐電圧試験を行ったところ、絶縁配管１１７内での放電は起こらなかった。
【００２６】
［実施例２］
実施例２においては、絶縁配管として第２の実施の形態を適用し、絶縁フランジとして第３の実施の形態を適用して構成したイオンミリング装置について説明する。
図１４に、本実施例のイオンミリング装置の構成を説明する図を示す。
図１４（ａ）はイオン源にＥＣＲプラズマ方式を用いたイオンミリング装置の概略を示す図である。
また、図１４（ｂ）は本実施例に用いられる絶縁配管の概略を示す断面図である。
また、図１４（ｃ）は本実施例に用いられる絶縁フランジの概略を示す断面図であり、図１４（ｄ）はその平面図である。
【００２７】
図１４（ａ）において、コイル１４０１に電流を流し磁場を発生させながら、石英管１４０２の表面に設けられたアンテナ１４０３に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加すると、イオン化室１４０４の中にプラズマ１４０５が発生する。
このとき、イオン化室１４０４及び処理チャンバー１４０６は排気装置１４０７により真空に引かれている。
同時に、ガスボンベ１４０８からガス流量制御器１４０９を介して任意の流量に調整された原料ガスが金属配管１４１０を通ってイオン化室１４０４に導入される。
使用する原料ガスはＡｒ、Ｏ2、ＳＦ6、ＣＦ4、ＮＦ3の５種である。作動時のイオン化室１４０４内圧力は約１．２〜４．８Ｐａである。
【００２８】
また、接地電位にある試料１４１１とイオン化室１４０４の間には、加速電源１４１２により５ｋＶ〜５０ｋＶの高電圧が印加される。
イオン化室１４０４と処理チャンバー１４０６の間は絶縁碍子１４４０により互いに絶縁されている。
その内部に設けられている引き出し導電板１４１３、集束レンズ１４１４によりプラズマ１４０５からイオンビーム１４１５が引き出され、集束されて試料１４１１に照射される。
ガスボンベ１４０８、ガス流量制御器１４０９およびバルブ１４１６等のガス導入系は接地電位にあり、バルブ１４１６より下流の絶縁配管１４１７によりイオン化室と絶縁されている。
また、処理チャンバーには試料の帯電防止用のＲＦ電子銃１４１８が設けられている。
そして、ガスボンベ１４０８からガス流量制御器１４１９を介して任意の流量に調整されたＡｒガスが金属配管１４２５、絶縁フランジ１４２０を介して電子銃のイオン化室１４２１に導入される。
【００２９】
イオン化室１４２１では、ガス圧力１０Ｐａ程度において１３．５６ＭＨｚのＲＦ波を入射することによりプラズマが発生し、そこから電子が引き出され試料１４１１に照射される。
また、フィードスルー１４２２を介して接続された加速電源１４２３により、ＲＦ電子銃１４１８は２００Ｖ〜５ｋＶの高電位になるので、ＲＦ電子銃１４１８は絶縁フランジ１４２０により処理チャンバー１４０６と絶縁されている。
図１４（ｂ）に示すように、絶縁配管１４１７は３つの絶縁配管１４２６、１４２７、１４２８が、半月状の開口部を有する厚さ１ｍｍの金属板１４２９を３枚用いて隣り合う絶縁配管の内部流路が直線にならないように連結されている。
絶縁碍子１４３０は円筒状のアルミナで、大きさは外径φ１２０ｍｍ、φ内径１００ｍｍ、長さ３０ｍｍである。
多孔導電板１４３１は、厚さ０．５ｍｍ、孔径φ０．５ｍｍ、ピッチ１ｍｍの複数開口部を有する外径φ９９ｍｍのステンレス板であり、導電板間距離は全て１ｍｍとされている。
また、多孔導電板１４３１はそれぞれ金属フランジ１４３２、１４３３、１４３４、１４３５と導通されている。
また、全ての多孔導電板１４３１には電子の電界放出が起こらぬよう、表面に電界研磨処理が施されている。
【００３０】
また、図１４（ｃ）に示すように、絶縁フランジ１４２０においては、体積抵抗率が１０9Ω・ｃｍ程度に調整されたアルミナで作られている絶縁碍子１４３６の内面に階段状の加工が施されている。
そして、それぞれの段に多孔導電板１４３７が、０．５ｍｍ間隔で１０枚設けられている。
両端の多孔導電板は、それぞれ金属フランジ１４３８、１４３９と導通されている。
多孔導電板１４３７は図１４（ｄ）に示すように、厚さ０．５ｍｍ、外形φ４０ｍｍ〜５０ｍｍのステンレス板に、幅３ｍｍの円弧状孔１４４１がピッチ９ｍｍで並べられている。
そして、隣り合う多孔導電板の円弧状孔の半径が４．５ｍｍずつずれるように設計されている。
全ての多孔導電板１４３７には電子の電界放出が起こらぬよう、表面に電界研磨処理を施してある。
この装置を用いて実際の使用状態における耐電圧試験を行ったところ、絶縁配管１４１７および絶縁フランジ１４２０内での放電は起こらなかった。
【００３１】
［実施例３］
実施例３においては、上記各実施例とは別の形態の絶縁配管を適用して構成したイオン注入装置について説明する。
図１５に、本実施例のイオン注入装置の構成を説明する図を示す。
図１５（ａ）はイオン源に容量結合プラズマ方式を用いたイオン注入装置の概略を示す図である。
また、図１５（ｂ）は本実施例に用いられる絶縁配管の概略を示す断面図であり、図１５（ｃ）はその多孔導電板の構成を説明する図である。
【００３２】
図１５（ａ）に示されるように、本実施例のイオン注入装置はイオン源に容量結合プラズマ方式を用いて構成されている。
そして、イオン化室１５０１とこれに絶縁碍子１５０２を介して取り付けられた高周波フランジ部１５０３は、高周波電源１５０４に接続されている。
イオン化室１５０１及び処理チャンバー１５０５は排気装置１５０６により真空に引かれている。
同時に、ガスボンベ１５０７からガス流量制御器１５０８を介して任意の流量に調整された原料ガスが、金属配管１５０９を通ってイオン化室１５０１に導入される。
使用する原料ガスはＰＨ3、ＡｓＨ3、ＮＨ3、Ａｒ、Ｏ2の５種である。
作動時のイオン化室１５０１内圧力は約０．８Ｐａ〜９．４Ｐａである。
【００３３】
また、接地電位にある処理チャンバー１５０５とイオン化室１５０１の間には、加速電源１５１０により１０ｋＶ〜１５０ｋＶの高電圧が印加される。
高周波印加によりプラズマチャンバー１５０１で発生したプラズマ１５１１から、引き出し導電板１５１２によりイオンビーム１５１３が引き出され、集束レンズ１５１４で集束された後、質量分離器１５１５により所望のイオンだけが選別される。
選別されたイオンは、集束レンズ１５１６および偏向レンズ１５１７により試料１５１８上の所望の領域に照射される。
ガスボンベ１５０７、ガス流量制御器１５０８およびバルブ１５１９等のガス導入系は接地電位にあり、バルブ１５１９より下流の絶縁配管１５２０によりイオン化室と絶縁されている。
【００３４】
絶縁配管１５２０のより詳細な概略図を図１５（ｂ）に示す。
この絶縁配管１５２０は、体積抵抗率が１０9Ω・ｃｍ程度に調整されたアルミナで作られている３つの絶縁碍子１５２１、１５２２、１５２３が、金属フランジ１５２４、１５２５、１５２６、１５２７を介して連結されている。
そして、それら金属フランジの内部には、半月状の開口部を有する厚さ１ｍｍの金属板１５２８が隣り合う絶縁配管の内部流路が直線にならないように３枚ずつ設けられている。また、絶縁碍子１５２１、１５２２、１５２３の内面には階段状の加工が施されており、それぞれの段に多孔導電板１５２９が並べられている。
両端の多孔導電板は、それぞれ金属フランジ１５２４、１５２５、１５２６、１５２７と導通されている。
また、多孔導電板１５２９は、一つの絶縁碍子内に０．５ｍｍ間隔で２０枚ずつ、合計６０枚設けられている。
【００３５】
図１５（ｃ）に示されるように、本実施例の多孔導電板１５２９は、対向した扇形孔１５３１を有する厚さ０．５ｍｍ、外形φ１８１ｍｍ〜２００ｍｍであり、隣り合う多孔導電板の開口位置が合致しないように、９０度ずつずらして並べられている。
また、全ての多孔導電板１５２９には電界研磨処理が施されている。
さらに、多孔導電板および金属フランジの帯電を防ぐために、１０００Ωの抵抗１５３０により金属フランジ１５２４、１５２５、１５２６、１５２７を繋いでいる。
この装置を用いて、実際の使用状態において１０〜１５０ｋＶの範囲で耐電圧試験を行ったところ、絶縁配管１５２０内での放電は起こらなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１におけるイオンミリング装置を説明する図であり、（ａ）はイオン源にＥＣＲプラズマ方式を用いたイオンミリング装置の概略を示す図、（ｂ）は本実施例に用いられる絶縁配管の概略を示す図。
【図２】従来のガスボンベ高電位方式におけるプラズマ処理装置を説明する図。
【図３】従来のガスボンベ接地電位方式におけるプラズマ処理装置を説明する図。
【図４】パッシェンの法則を説明するための概念図。
【図５】絶縁配管内の電界を説明する図であり、（ａ）は従来の絶縁配管内の電界を説明する図、（ｂ）は本発明の実施の形態における多孔導電板を用いた絶縁配管内の電界を説明する図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における絶縁配管の構成を示す図。
【図７】本発明の第１の実施の形態の絶縁配管における耐電圧試験のデータを示す図。
【図８】本発明の第２の実施の形態における多段の絶縁配管の構成を示す図。
【図９】本発明の第２の実施の形態の多段の絶縁配管における耐電圧試験のデータを示す図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における多段の絶縁配管の構成を示す図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における絶縁フランジの構成を示す図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の多孔導電板における孔の位置関係を説明する図であり、（ａ）は孔の位置が合致している場合を説明する図、（ｂ）は孔の位置をずらせた場合を説明する図。
【図１３】多段の多孔導電板を具備する絶縁配管の耐電圧試験のデータを示す図。
【図１４】本発明の実施例２におけるイオンミリング装置を説明する図である。（ａ）はイオン源にＥＣＲプラズマ方式を用いたイオンミリング装置の概略を示す図、（ｂ）はその絶縁配管の概略を示す断面図、（ｃ）は絶縁フランジの概略を示す断面図、（ｄ）はその平面図。
【図１５】本発明の実施例３におけるイオン注入装置の構成を説明する図である。（ａ）はイオン源に容量結合プラズマ方式を用いたイオン注入装置の概略を示す図、（ｂ）は絶縁配管の概略を示す断面図、（ｃ）はその多孔導電板の構成を説明する図。
【符号の説明】
【００３７】
１１７、１４１７、１５２０：絶縁配管
１１８、６０１、１１０１、１４３０、１４３６、１５２１、１５２２、１５２３：絶縁碍子
１２１、６０４、１１０４、１４３１、１４３７、１５２９：多孔導電板
８０１、１４２９、１５２８：導電板（金属板）
１００１：曲がった配管
１４２０：絶縁フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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